性能与气流优化后的摆线转子或推进器制造技术

为了消除迎面气流干扰转子内部产生的气流而导致的向前飞行中的稳定性问题，我们使用转子保护壳或外壳来使其在各种前进速度下能够稳定运行。此外，为改善性能和气流，摆线转子/推进器具有大致沿非圆形和细长轨道运动的叶片，并且能够过渡到具有相应叶片轨道形状的各种其他轨道形状。轨道形状变化设计类似于用于叶片轨迹确定的轨道设计。该轨道形状变化设计用于改变叶片间距和叶片横截面形状。一个实施例使用固定椭圆形轨道，在该轨道上运行有连接至叶片轴的滑架。该所述轨道可以沿其主轴倾斜从而改变其投影在叶片运行之平面上的形状，从而改变叶片轨道的椭圆形状。转子过渡操作阶段期间的另一个实施例具有计算机控制的促动器，可以动态地改变叶片径向位置并因此动态地改变叶片的轨迹，同时每个叶片也在轨道上运动并弯曲该轨道。轨道的连接点之间具有一层电流变流体液体，一旦达到所需轨道轨迹和相应的轨道形状并且施加电压后，电流变流体液体将立即固化使轨道不可弯曲，并且促动器松开直至轨道需要再次改变。第三个实施例使用内置尺寸变化元件的可弯曲轨道；当这些元件通过计算机控制系统以适当顺序激活后，轨道弯曲成与所需轨道形状相应的形状。第四个实施例使用具有连续表面的凸轮轴，上面有连接到叶片的辊子。凸轮轴的轴向运动可以实现凸轮轴横截面形状的变化，随后是辊子的变化并相应地改变轨道形状。其他实施例还包括中和作用在叶片上的离心力，使用形状与位置可调节的叶轮控制气流进出转子内部，以进一步改善转子性能、前进推力和防止旋翼飞行器的不稳定。

Cycloidal Rotor or Propeller with Optimized Performance and Air Flow

In order to eliminate the problem of stability in forward flight caused by the interference of the front-facing airflow with the airflow generated inside the rotor, we use the rotor protective shell or shell to make it run steadily at various forward speeds. In addition, to improve performance and airflow, cycloidal rotors/thrusters have blades that move roughly along non-circular and slender orbits, and can transit to various other orbital shapes with corresponding blade orbital shapes. The track shape change design is similar to the track design used to determine the blade trajectory. The track shape change design is used to change blade spacing and blade cross section shape. One embodiment uses a fixed elliptical orbit on which a sliding frame connected to the blade shaft is operated. The orbit can be tilted along its main axis to change the shape of the projection on the plane of the blade operation, thereby changing the elliptical shape of the blade orbit. Another embodiment during the rotor transition operation stage has a computer-controlled actuator that can dynamically change the radial position of the blade and thus dynamically change the trajectory of the blade, while each blade also moves and bends the trajectory in orbit. There is a layer of electrorheological fluid between the connecting points of the track. Once the desired track track and the corresponding track shape are reached and applied with voltage, the electrorheological fluid will be solidified immediately to make the track non-bendable, and the actuator will be loosened until the track needs to be changed again. The third embodiment uses a flexible track with built-in size-changing elements; when these elements are activated in an appropriate sequence through a computer control system, the track is bent into a shape corresponding to the desired track shape. The fourth embodiment uses a camshaft with a continuous surface with rollers connected to the blades. The axial motion of the camshaft can change the cross-section shape of the camshaft, and then the roll and the track shape can be changed accordingly. Other embodiments include neutralizing centrifugal forces acting on blades, using shape and position adjustable impellers to control air flow into and out of the rotor to further improve rotor performance, forward thrust and prevent instability of the rotor aircraft.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】性能与气流优化后的摆线转子或推进器专利技术背景与其他申请的关系：本申请与编号为62/317588和62/396512的美国临时申请相关，并申请2016年4月3日提交的编号为62/317588美国临时专利申请日补贴。1.专利
本专利技术与一种摆线转子或推进器相关，尤其是一种能够使叶片跟随各种非圆形轨道旋转的摆线转子或推进器。2.对先前技术的说明目前，人们越来越关注运用摆线转子的飞机所具备的潜力。大多数飞机在升力和推力方面有着不同的要求，具体取决于飞行阶段。尤其对于VTOL和STOL飞机来说，最好能拥有高升力-推力比以更好地起飞。摆线转子能够通过改变叶片旋转时的迎角来改变升力与推力比。编号为5,265,827和6,932,296的美国专利给出了先前技术的示例，该技术采用的是圆形轨道摆线转子。本作者提交的编号为8,540,485的美国专利所用摆线转子或推进器基本采用了非圆形叶片轨道。对于采用先前技术具备圆形叶片轨道的摆线转子来说，在每次旋转过程中叶片产生期望的空气动力学效果的时长和所产生的空气动力学效果的类型受限于轨道的圆形几何形状以及仅有的两个动作幅度；围绕中心轴旋转和旋转叶片间距影响了摆线转子的效率。此外，虽然计算流体动力学(以下简称CFD)研究结果和我没什么关联，但该研究证明了圆形轨道是迄今为止空中转子所尝试的各种轨迹(大多数是椭圆形)中功率加载方面最差的轨道。尽管如此，其有限的效率通常高于螺旋式船用推进器的效率，但船用摆线推进器也是如此，不需要产生升力，只需要提供推力即可。例如，它们沿着大部分轨迹会产生较大的力矢量分量，这些矢量分量垂直于抵消的推力方向，但生成这些分量会浪费发动机功率。对于上述参考专利中通常采用非圆形叶片轨道的可变摆线转子先前技术来说，叶片动作幅度更大且能够跟随优化的非圆形轨迹，相对风向、迎角和叶片可选空间定位一同持续优化以达到最大效率或最大升力或最大前进速度或最无声运转。但在所述专利的实施例中，叶片能够通过由控制系统连续操作的恒定接合的线性促动器来跟随大体上非圆形轨迹，以改变与旋转轴线的径向距离，从而塑造叶片轨迹或跟随对应于轨道形状的固定非圆形轨道。在这些专利中，线性促动器的持续操作会消耗其使用寿命，需要定期预定的维护和更换。即使在操作状态不变的情况下，持续不间断地依赖计算机控制系统来控制转子工作的方方面面也是不可取的，因为这样会增加软件故障、计算机硬件或制动器故障或由于例如闪电的电磁脉冲或电子干扰等因素导致的中断造成转子故障的可能性。相应地，在上述某专利中，叶片在沿着转动臂呈辐射状移动时会遵循固定的非圆形引导轨道，但不依赖计算机控制的线性促动器，该专利会让操作变得更加可靠及更加简易，但由于飞行状态和条件各异，转子最好能够使用多个对应不同轨道的非圆形轨道形状而且更够在轨道位形之间转移并根据飞行状态和条件改变迎角。同样的，在我们的上述参考专利中的上述实施例所用轨道上的滚子是装在叶片上的，因此叶片定位于沿轨道的适当叶片间距。如果我们有多个轨迹轨道形状，很明显将需要多个此类叶片间距轨道形状。此外，对于每个轨迹轨道形状来说，不同的飞行状态可能需要不止一个叶片间距轨道形状。对于需要注意的是，对于对称的轨道以及叶片数为偶数的椭圆形等叶片轨道，每个叶片将由相对叶片保持平衡，但对于非对称轨迹和/或奇数个叶片来说，已知的平衡装置，比如同说美国专利No.8,540,485和/或申请专利WO2014037948A1中描述的装置相类似的装置，可用于保持转子或推进器平衡。此外，需要注意的是，由于在操作转子或推进器中的叶片周围气流较为复杂且沿着轨道变化幅度很大，我们可以合理地推断出对于任何给定时刻的轨道运行叶片来说，存在一个最佳的叶片横截面形状。如果刀片或其相关部分(例如后缘相邻部分)是灵活的或存在可转动的后缘襟翼，则可以通过为叶片提供安装在至少一个对应于所需弯曲或转动状态的形状专用轨道上的下属装置来实现叶片的弯曲和/或所述后缘襟翼的转动。然而，对于更复杂的叶片弯曲及因此造成的横截面形状变化，可能需要不止一个这样的轨道。当然，对于不同的每分钟转速，飞行状态或条件、弯曲或转弯状态有所不同，因此需要转换到叶片弯曲或后缘转弯控制轨道的不同轨道形状。总而言之，以下每一个任务可能都需要具备一种以上的轨道形状以及能够在所述形状之间转换的专用轨道；以控制叶片轨道轨迹、其间距变换状态以及其横截面形状变化状态。后者可能需要多个专用轨道。需要注意的是，本专利技术的转子或推进器的设计方案可能有多种组合，比如用于叶片轨迹联合控制的形状变化独立于基于叶片间距变化的每个叶片制动器，以及制动叶片横截面弯曲或形状变化轨迹符合叶片间距变化、叶片横截面弯曲的固定细长叶片轨迹定位轨道以及其他类似组合。另外应该注意的是，所提到的轨道不一定是为有滚轮或轮子的刀架而设计；目的可能是在所述托架上使用多孔或穿孔气垫或利用空气润滑的其它已知垫操作。类似的设计方案可用于在水介质中操作的叶片托架，包括强制水流进入所述托架的相关表面和轨道之间的间隙和/或沿轨道表面的所述托架滑行。或者对于空中转子来说，这些轨道可作为磁悬浮轨道使用，其合适种类的磁体位于轨道上并且可组装成Hallbach阵列或轨道本身被适当地磁化，而导电布线或线圈，比如由重量极轻且无腐蚀的石墨烯线制成，以预定模式固定在每个刀片上的预定位置上以引起它们当中电流磁体的磁场感应，其会产生发源于磁铁而与磁场相互作用的磁场并产生悬浮效应-这是一种已知的技术。磁悬浮轨道不连续地由单个或成组的磁性元件组成，其中磁性元件可以成为支点，以便能够倾斜并朝向每个叶片并在叶片经过时再次转向它。所述磁性元件还可以具备位置可调节性，从而包含具有形状可变性的非连续轨道。此外，沿着所述磁轨安装并按顺序激活的磁体可以用于叶片推进，从而具有可独立控制的线性速度并且不依赖于与轴的径向距离，这是一项已知技术。很明显，同现有的圆形轨道摆线推进器和转子(没有这些特性)相比，提供与沿着轨道的优化叶片桨距状态相结合的叶片轨迹已优化推进器或转子以及有选择性优化的叶片横截面可变性状态能够提升转子或推进器的性能和效率。而与目前占主导地位的螺旋式推进器和转子相比更是如此。然而，控制推进器或转子内及其附近的气流将更大程度上提高性能和效率。众所周知，摆线式空中转子在工作时可能会受到阵风的干扰。此外，正如上面引用的CFD研究所证明的，而本人不受其结果的约束，具有水平伸长的叶片轨迹的摆线转子将受到水平迎面相对气流特别不利的影响，会扰乱转子内部存在的复杂气流模式，并使此类转子内部变得高度不稳定以及气流模式变得十分混乱，进而大大降低了它的动力载荷和升力，并会造成旋翼飞行器不稳定。为了防止升力下降以及/或旋翼飞行器不稳定，可以通过整流罩屏蔽或部分或完全地封闭转子，其可控制的进气口位于外壳顶部，而下冲气流出口在外壳底部。可以通过为转子提供内部和/或外部气流导向叶轮来控制气流，所述导流叶轮还可以具有改变其横截面和/或翼展方向形状、尺寸以及位置和2或3维空间方位的能力。在适当的情况下，所述叶片可以根据其工作介质分别造成翼型或水翼形，以便提供与周围气流相互作用的升力或推力，并根据需要重新引导气流。在其他方面，使叶片横截面可动往往会降低其横向刚度。通过向离心力提供抗衡力可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摆线转子，其具有多个沿大致非圆形轨道安装的叶片；所述轨道改变装置可操作以在多个轨道形状之间切换；叶片间距调节装置可以调节叶片作用角；叶片动态平衡装置可以确保转子平衡；以及驱动装置用来推动叶片沿所述轨道运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.03 US 62/317,588;2016.09.19 US 62/396,5121.一种摆线转子，其具有多个沿大致非圆形轨道安装的叶片；所述轨道改变装置可操作以在多个轨道形状之间切换；叶片间距调节装置可以调节叶片作用角；叶片动态平衡装置可以确保转子平衡；以及驱动装置用来推动叶片沿所述轨道运动。2.权利要求1中的转子，其中所述的大致非圆形轨道为可弯曲轨道，所述改变装置包括促动器装置，用于弯曲所述轨道直至其达到对应于叶片所需的轨道形状。3.权利要求2中的转子，其中所述的促动器装置为线性促动器，用于相对于转子的旋转轴线径向定位所述弯曲轨道。4.权利要求2中的转子，其中所述的可弯曲轨道包含智能材料，当使用控制装置使所述轨道不可弯曲时，智能材料将固化。5.权利要求1中的转子，其中所述轨道为可弯曲轨道，所述的改变装置包括内置弯曲装置的轨道。6.权利要求5中的转子，其中所述的内置弯曲装置包括轨道的尺寸变化部分。7.权利要求5中的转子，其中所述的内置弯曲装置包括相对于彼此改变角度位置之装置的轨道部分。8.权利要求1中的转子，其中所述的多个轨道形状位于轨道形状分类装置中。9.权利要求8中的转子，其中所述的轨道形状分类装置为可变凸轮结构。10.权利要求9中的转子，其中所述的可变凸轮结构包括位于凸轮轴上的多个凸轮轨道形状，从动装置可操作地将轨道形状与叶片相连。11.权利要求10中的转子，其中所述的凸轮轴相对于所述从动装置的位置可通过定位装置进行改变，定位装置可操作以改变所述相对位置直至达到对应于所需轨道形状的路径形状。12.权利要求11中的转子，其中所述的从动装置包括可操作地连接到叶片的衬垫，通过位于轨道表面和衬垫空隙之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·博格拉什，
申请(专利权)人：欧梯维特公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL